পুনরালোচনা নির্দেশিকা: সিলিকনের (Si) গুরুত্বপূর্ণ যৌগসমূহ

সিলিকনের প্রধান যৌগসমূহের পরিচিতি

সিলিকন (Si), গ্রুপ 14-এর একটি মেটালয়েড মৌল, পৃথিবীর ভূত্বকের দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল, যা প্রধানত সিলিকন ডাই অক্সাইড এবং সিলিকেট হিসাবে পাওয়া যায়। এর চতুর্মূল্যতা এটিকে শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন গঠন করতে সক্ষম করে, যা ভূতত্ত্ব, শিল্প এবং বস্তুর বিজ্ঞানে গুরুত্বপূর্ণ বিভিন্ন যৌগ তৈরি করে। এই নির্দেশিকাটি উচ্চ বিদ্যালয়ের রসায়নে সর্বাধিক পরীক্ষিত সিলিকন যৌগগুলির উপর আলোকপাত করে।

সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO₂)

• রাসায়নিক সূত্র: SiO₂
• সাধারণ নাম: সিলিকা (প্রধান স্ফটিকাকার রূপগুলির মধ্যে রয়েছে কোয়ার্টজ, ক্রিস্টোবালাইট, ট্রাইডিমিট)

পরীক্ষাগার প্রস্তুতি

সিলিকা প্রকৃতিতে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া গেলেও, বিশুদ্ধ বা নির্দিষ্ট রূপে এটি প্রস্তুত করা যেতে পারে। একটি পদ্ধতি যা প্রায়শই উল্লেখ করা হয় তা হলো সিলিকন টেট্রাক্লোরাইডের আর্দ্রবিশ্লেষণ।

ভারসাম্যপূর্ণ রাসায়নিক সমীকরণ: SiCl₄(l) + 2H₂O(l) → SiO₂(s) + 4HCl(g)

ধর্মাবলী

1. ভৌত প্রকৃতি: স্ফটিকাকার কঠিন পদার্থ, অত্যন্ত শক্ত এবং ভঙ্গুর। এর গঠন একটি দৈত্যাকার সমযোজী নেটওয়ার্ক, যা হীরার মতো, যেখানে প্রতিটি সিলিকন পরমাণু চারটি অক্সিজেন পরমাণুর সাথে টেট্রাহেড্রালি আবদ্ধ, এবং প্রতিটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি সিলিকন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ।
2. গলনাঙ্ক: নেটওয়ার্ক জুড়ে শক্তিশালী Si-O সমযোজী বন্ধনের কারণে অত্যন্ত উচ্চ (~1710 °C)।
3. দ্রবণীয়তা: জল এবং অধিকাংশ অ্যাসিডে অদ্রবণীয়।
4. রাসায়নিক প্রকৃতি: আম্লিক অক্সাইড।
5. বিক্রিয়াশীলতা:
   • হাইড্রোজেন ফ্লোরাইডের (HF) সাথে বিক্রিয়া: সিলিকা হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে সিলিকন টেট্রাফ্লোরাইড তৈরি করে। এই বিক্রিয়াটি কাঁচ খোদাই (etching glass) করার জন্য ব্যবহৃত হয়। SiO₂(s) + 4HF(aq) → SiF₄(g) + 2H₂O(l)
   • উষ্ণ ঘন ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া: শক্তিশালী ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে দ্রবণীয় সিলিকেট তৈরি করে। SiO₂(s) + 2NaOH(aq) → Na₂SiO₃(aq) + H₂O(l) (সোডিয়াম মেটাসিলিকেট)
   • ধাতব অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া (উচ্চ তাপমাত্রায়): কাঁচ এবং সিরামিক উৎপাদনের ভিত্তি। SiO₂(s) + CaO(s) --(heat)--> CaSiO₃(s) (ক্যালসিয়াম মেটাসিলিকেট)

সিলিকোনস

সিলিকোনস হলো সংশ্লেষিত অর্গানোসিলিকন পলিমারগুলির একটি শ্রেণী যা একটি পলিসিলোক্সেন ব্যাকবোন (Si-O-Si-O-…) দ্বারা চিহ্নিত, যেখানে সিলিকন পরমাণুর সাথে জৈব গ্রুপ (R) সংযুক্ত থাকে। এদের সাধারণ সূত্র হলো (R₂SiO)n।

প্রস্তুতি প্রক্রিয়া

অ্যালকাইল হ্যালাইড থেকে শুরু করে সিলিকোনস কয়েকটি ধাপে তৈরি করা হয়।

ধাপ 1: অ্যালকাইল ক্লোরোসিলেনসের সংশ্লেষণ অ্যালকাইল হ্যালাইডগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় একটি তামা অনুঘটকের উপস্থিতিতে সিলিকন পাউডারের সাথে বিক্রিয়া করে (রোচোভ প্রক্রিয়া)। প্রধান পণ্যটি হলো ডাইঅ্যালকাইল ডাইক্লোরোসিলেন।

2RCl(g) + Si(s) --(Cu catalyst, heat)--> R₂SiCl₂(g) মিথাইল ক্লোরাইডের উদাহরণ: 2CH₃Cl(g) + Si(s) --(Cu, 300°C)--> (CH₃)₂SiCl₂(g) (ডাইমিথাইল ডাইক্লোরোসিলেন) RSiCl₃ এবং R₃SiCl-এর মতো অন্যান্য ক্লোরোসিলেনগুলিও গঠিত হয় এবং আংশিক পাতন দ্বারা পৃথক করা হয়।

ধাপ 2: অ্যালকাইল ক্লোরোসিলেনসের আর্দ্রবিশ্লেষণ অ্যালকাইল ক্লোরোসিলেনগুলি আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়, যেখানে ক্লোরিন পরমাণুগুলি হাইড্রক্সিল (-OH) গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, ফলে সিলানল গঠিত হয়।

• ডাইঅ্যালকাইল ডাইক্লোরোসিলেন থেকে: একটি ডাইঅল গঠিত হয়। R₂SiCl₂(l) + 2H₂O(l) → R₂Si(OH)₂(aq) + 2HCl(aq)
• অ্যালকাইল ট্রাইক্লোরোসিলেন থেকে: একটি ট্রাইঅল গঠিত হয়। RSiCl₃(l) + 3H₂O(l) → RSi(OH)₃(aq) + 3HCl(aq)
• ট্রাইঅ্যালকাইল ক্লোরোসিলেন থেকে: একটি মনোঅল গঠিত হয়। R₃SiCl(l) + H₂O(l) → R₃SiOH(aq) + HCl(aq)

ধাপ 3: পলিমারাইজেশন (ঘনীভবন) সিলানল মনোমারগুলি ঘনীভূত হয়ে জল অণু অপসারণ করে Si-O-Si বন্ধন তৈরি করে, যার ফলে সিলিকোন পলিমার গঠিত হয়।

• রৈখিক সিলিকোনস: R₂Si(OH)₂ একক থেকে গঠিত হয়। n R₂Si(OH)₂ → [-O-Si(R)₂-]n + n H₂O শৃঙ্খলের দৈর্ঘ্য R₃SiCl আর্দ্রবিশ্লেষণের সময় যোগ করে নিয়ন্ত্রণ করা হয়, কারণ R₃SiOH এককগুলি শৃঙ্খল সমাপ্তকারী (chain terminators) হিসাবে কাজ করে।

• ক্রস-লিঙ্কড সিলিকোনস: RSi(OH)₃ একক থেকে গঠিত হয়, যা শাখাযুক্ত বা নেটওয়ার্কযুক্ত পলিমার (সিলিকোন রেজিন) তৈরি করে।

ধর্মাবলী এবং ব্যবহার

1. তাপীয় স্থিতিশীলতা: তাপমাত্রার বিস্তৃত পরিসরে চমৎকার স্থিতিশীলতা।
2. রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তা: জারণ, UV বিকিরণ এবং অনেক রাসায়নিকের প্রতি প্রতিরোধী।
3. জল বিকর্ষণ ক্ষমতা: হাইড্রোফোবিক প্রকৃতির কারণে এগুলি ভালো জলরোধী এজেন্ট হিসাবে কাজ করে।
4. বিদ্যুৎ অপরিবাহী: ভালো ডাইইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে।
5. ব্যবহার: উচ্চ-তাপমাত্রার লুব্রিকেন্ট, সিল্যান্ট, আঠালো পদার্থ, কাপড়ের জন্য জলরোধী আবরণ, চিকিৎসা ইমপ্ল্যান্ট, ডিফোমিং এজেন্ট।

সিলিকেটস

সিলিকেটস হলো সিলিকন, অক্সিজেন এবং এক বা একাধিক ধাতব মৌল ধারণকারী যৌগ। এগুলি মৌলিক SiO₄⁴⁻ টেট্রাহেড্রাল এককের উপর ভিত্তি করে গঠিত, যেখানে একটি কেন্দ্রীয় সিলিকন পরমাণু চারটি অক্সিজেন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ থাকে। এই টেট্রাহেড্রনগুলি বিভিন্ন উপায়ে সাধারণ অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করে একে অপরের সাথে যুক্ত হতে পারে, যা বিভিন্ন কাঠামো তৈরি করে।

সিলিকেটসের গাঠনিক শ্রেণিবিন্যাস

1. অর্থোসিলিকেটস (নেসোসিলিকেটস): বিচ্ছিন্ন, পৃথক SiO₄⁴⁻ টেট্রাহেড্রন ধারণ করে।
   • উদাহরণ: জিরকন (ZrSiO₄), ফরস্টেরাইট (Mg₂SiO₄)
   • গাঠনিক একক: SiO₄⁴⁻
2. পাইরোসিলিকেটস (সোরোসিলিকেটস): দুটি SiO₄⁴⁻ টেট্রাহেড্রন একটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করে নেয়।
   • উদাহরণ: হেমিমরফাইট (Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O)
   • গাঠনিক একক: Si₂O₇⁶⁻
3. চাক্রিক সিলিকেটস (রিং সিলিকেটস): তিনটি বা তার বেশি SiO₄ টেট্রাহেড্রন প্রতিটি টেট্রাহেড্রনে দুটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করে বন্ধ রিং গঠন করে।
   • উদাহরণ: বেরিল (Be₃Al₂(Si₆O₁₈))
   • গাঠনিক এককসমূহ: (SiO₃)n²ⁿ⁻ (যেমন, Si₃O₉⁶⁻, Si₆O₁₈¹²⁻)
4. চেইন সিলিকেটস (ইনোসিলিকেটস): টেট্রাহেড্রনগুলি একক বা দ্বৈত শৃঙ্খলে যুক্ত হয়, যথাক্রমে প্রতিটি টেট্রাহেড্রনে দুটি বা তিনটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করে নেয়।
   • একক চেইন (পাইরক্সেনস): (SiO₃)n²ⁿ⁻, যেমন, এনস্টাটাইট (MgSiO₃)
   • দ্বৈত চেইন (অ্যাম্ফিবোলস): (Si₄O₁₁)n⁶ⁿ⁻, যেমন, ট্রেমোলাইট (Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂)
5. শীট সিলিকেটস (ফাইলোসিলিকেটস): টেট্রাহেড্রনগুলি প্রতিটি টেট্রাহেড্রনে তিনটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করে অসীম দ্বি-মাত্রিক শীট গঠন করে।
   • উদাহরণ: ট্যালক (Mg₃(Si₂O₅)₂(OH)₂), মাইকা
   • গাঠনিক একক: (Si₂O₅)n²ⁿ⁻
6. ত্রিমাত্রিক সিলিকেটস (টেক্টোসিলিকেটস): প্রতিটি SiO₄ টেট্রাহেড্রনের চারটি অক্সিজেন পরমাণুই সংলগ্ন টেট্রাহেড্রনের সাথে ভাগ করা হয়, যা একটি 3D নেটওয়ার্ক তৈরি করে।
   • উদাহরণ: কোয়ার্টজ (SiO₂, বিশুদ্ধ সিলিকা), ফেল্ডস্পারস, জিওলাইট (উন্মুক্ত কাঠামোযুক্ত অ্যালুমিনোসিলিকেটস)।

পরীক্ষা-সম্পর্কিত বিক্রিয়া

• সোডিয়াম সিলিকেট (ওয়াটার গ্লাস) গঠন: ডিটারজেন্ট, আঠালো পদার্থ এবং অগ্নি-প্রতিরোধী এজেন্ট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। SiO₂(s) + Na₂CO₃(s) --(heat)--> Na₂SiO₃(l) + CO₂(g) বিকল্পভাবে, উষ্ণ ঘন সোডিয়াম হাইড্রক্সাইডে সিলিকা দ্রবীভূত করে: SiO₂(s) + 2NaOH(aq) → Na₂SiO₃(aq) + H₂O(l)
• দ্রবণীয় সিলিকেটসের আর্দ্রবিশ্লেষণ: সিলিকন আয়নের আর্দ্রবিশ্লেষণের কারণে দ্রবণীয় সিলিকেটসের জলীয় দ্রবণ ক্ষারীয় হয়। Na₂SiO₃(aq) + 2H₂O(l) ⇌ H₂SiO₃(aq) + 2NaOH(aq)
• সিলিসিক অ্যাসিডের অধঃক্ষেপণ: দ্রবণীয় সিলিকেট দ্রবণে অ্যাসিড যোগ করলে সিলিসিক অ্যাসিড অধঃক্ষিপ্ত হয়, যা পরে পানিশূন্য হয়ে সিলিকা জেল গঠন করে। Na₂SiO₃(aq) + 2HCl(aq) → H₂SiO₃(s) + 2NaCl(aq) সিলিকা জেল ((SiO₂)ₓ(H₂O)y) হলো একটি ছিদ্রযুক্ত শুষ্ককারক।

সিলিকনের প্রধান যৌগসমূহের তুলনামূলক ধর্মাবলী

বৈশিষ্ট্য	সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO₂)	সিলিকোনস (R₂SiO)n	দ্রবণীয় সিলিকেটস (যেমন, Na₂SiO₃)
গাঠনিক প্রকার	বৃহৎ সমযোজী নেটওয়ার্ক	পলিমারিক (শৃঙ্খল, চাক্রিক, ক্রস-লিঙ্কড)	দ্রাবণে আয়নিক স্ফটিক বা নেটওয়ার্ক (প্রকারভেদে)
বন্ধন	সমযোজী (Si-O)	সমযোজী (Si-O-Si, Si-C)	আয়নিক (M-O) এবং সমযোজী (Si-O)
ভৌত অবস্থা	শক্ত, ভঙ্গুর কঠিন পদার্থ	তেল, জেল, ইলাস্টোমার, রেসিন	স্ফটিকাকার কঠিন (অ্যানহাইড্রাস), সান্দ্র দ্রবণ (জলীয়)
জলে দ্রবণীয়তা	অদ্রবণীয়	অদ্রবণীয় (হাইড্রোফোবিক)	দ্রবণীয় (জলীয় দ্রবণ ক্ষারীয়)
গলনাঙ্ক	অত্যন্ত উচ্চ (~1710 °C)	ভিন্ন হয়, সাধারণত SiO₂ এর চেয়ে কম	উচ্চ (অ্যানহাইড্রাস লবণের জন্য)
রাসায়নিক বিক্রিয়াশীলতা	তুলনামূলকভাবে নিষ্ক্রিয়; HF এবং উষ্ণ ঘন ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে	অত্যন্ত নিষ্ক্রিয়, ভালো তাপীয় ও রাসায়নিক স্থিতিশীলতা	অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে সিলিসিক অ্যাসিড অধঃক্ষিপ্ত করে
প্রধান ব্যবহার	কাঁচ, সিরামিক, ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম পদার্থ, অপটিক্যাল ফাইবার	লুব্রিকেন্ট, সিল্যান্ট, জলরোধী এজেন্ট, চিকিৎসা ইমপ্ল্যান্ট	ডিটারজেন্ট, আঠালো পদার্থ, অগ্নি-প্রতিরোধক, শুষ্ককারক (সিলিকা জেল)